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四足机器人被动跳跃步态动力学分析与仿真 被引量:2
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作者 马世平 余联庆 苗国华 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第22期2677-2680,共4页
在四足机器人被动跳跃步态分析模型的基础上,采用拉格朗日法推导了该步态中各运动相的动力学方程,并根据跳跃步态特征给出了基于事件的运动相转换方程。定义了四足机器人被动跳跃步态的庞加莱映射,利用牛顿迭代法获得了庞加莱映射的某... 在四足机器人被动跳跃步态分析模型的基础上,采用拉格朗日法推导了该步态中各运动相的动力学方程,并根据跳跃步态特征给出了基于事件的运动相转换方程。定义了四足机器人被动跳跃步态的庞加莱映射,利用牛顿迭代法获得了庞加莱映射的某个固定点。在MATLAB中以该固定点为初始条件对各运动相动力学方程进行了数值积分,得到了被动跳跃步态的周期性运动曲线,证明了四足机器人在某个初始条件下能够实现稳定的被动跳跃步态。 展开更多
关键词 被动跳跃步态 四足机器人 庞加莱映射 固定点
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具有柔性脊椎的四足机器人奔跑运动分析 被引量:2
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作者 马宗利 马庆营 +1 位作者 吕荣基 王建明 《东北大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第1期113-118,共6页
为了提高四足机器人的奔跑性能,设计了一种具有柔性脊椎的四足机器人.该柔性脊椎由两个平行橡胶棒和一个驱动液压缸组成,通过控制驱动液压缸的伸缩可使两个平行橡胶棒实现上下弯曲.分析了该四足机器人的柔性脊椎对奔跑步长的影响.基于H... 为了提高四足机器人的奔跑性能,设计了一种具有柔性脊椎的四足机器人.该柔性脊椎由两个平行橡胶棒和一个驱动液压缸组成,通过控制驱动液压缸的伸缩可使两个平行橡胶棒实现上下弯曲.分析了该四足机器人的柔性脊椎对奔跑步长的影响.基于Hopf模型的CPG控制方法,推导了髋关节和膝关节的关节驱动曲线幅值的表达式,并通过网络拓扑结构的重建将脊椎驱动信号与各腿部关节驱动信号进行耦合.最后利用Adams和MATLAB/Simulink对四足机器人进行了bound步态仿真,仿真表明具有柔性脊椎的四足机器人奔跑性能显著提高. 展开更多
关键词 四足机器人 柔性脊椎 Hopf模型 CPG bound步态
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融合腿部局部特征的步态识别方法 被引量:4
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作者 李凯 王国超 《计算机工程与设计》 北大核心 2016年第5期1340-1345,共6页
为提高步态识别的识别率,提出一种基于腿部轮廓区域与整体图像的特征相结合的步态识别算法。通过选取训练样本的整体散布矩阵的非负特征值对应的特征向量,组成一个维数较低的变换空间;在此空间中,为克服小样本问题,对每类样本的协方差... 为提高步态识别的识别率,提出一种基于腿部轮廓区域与整体图像的特征相结合的步态识别算法。通过选取训练样本的整体散布矩阵的非负特征值对应的特征向量,组成一个维数较低的变换空间;在此空间中,为克服小样本问题,对每类样本的协方差矩阵增加一个正则项,构成新的准则函数,通过求解该优化问题,选择部分特征向量组成特征矩阵;基于此种方法,将获得的腿部轮廓区域特征和整体图像的特征进行组合,表示一个行人步态的特征。实验选取中科院步态数据库CASIA A、CASIA B和CASIA C,结合最小距离分类器进行步态识别。实验结果表明,当影响识别的因素发生改变时,例如背包、穿外套等,所提方法能够获得较高识别率。 展开更多
关键词 步态识别 步态能量图像(GEI) 腿部轮廓区域(RBL) 特征组合 正则项
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主动腰部四足机器人控制系统与跳跃步态研究 被引量:3
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作者 赵东升 谭跃刚 +1 位作者 黄林考 李彰 《机械设计与制造》 北大核心 2018年第5期246-248,252,共4页
四足动物在快速奔跑中会采用跳跃步态,而跳跃步态中腰部的伸缩运动又对速度的提升具有重大影响。针对跳跃步态中腰部摆动对速度的影响,设计了带有腰部主动关节的小型四足机器人,采用了舵机作为髋关节主动驱动器和弹簧作为膝关节被动驱动... 四足动物在快速奔跑中会采用跳跃步态,而跳跃步态中腰部的伸缩运动又对速度的提升具有重大影响。针对跳跃步态中腰部摆动对速度的影响,设计了带有腰部主动关节的小型四足机器人,采用了舵机作为髋关节主动驱动器和弹簧作为膝关节被动驱动器,使腿部具有一个主动自由度和一个被动自由度。以STM32芯片为中央处理器设计了包括复位、通信和舵机驱动等功能模块的控制系统。通过软件设计,在实验中实现了四足机器人跳跃步态下的稳定运动和较好的仿生运动现象,验证了控制系统的有效性,观察到了腰部主动关节对四足机器人跳跃运动中的速度影响作用。 展开更多
关键词 四足机器人 控制系统 跳跃步态 腰部主动关节 舵机驱动 STM32
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Virtual Constraint Based Control of Bounding Gait of Quadruped Robots 被引量:4
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作者 Qingyu Liu Xuedong Chen +2 位作者 Bin Han Zhiwei Luo Xin Luo 《Journal of Bionic Engineering》 SCIE EI CSCD 2017年第2期218-231,共14页
This paper presents a control approach for bounding gait of quadruped robots by applying the concept of Virtual Constraints (VCs). A VC is a relative motion relation between two related joints imposed to the robots ... This paper presents a control approach for bounding gait of quadruped robots by applying the concept of Virtual Constraints (VCs). A VC is a relative motion relation between two related joints imposed to the robots in terms of a specified gait, which can drive the robot to run with desired gait. To determine VCs for highly dynamic bounding gait, the limit cycle motions of the passive dynamic model of bounding gait are analyzed. The leg length and hip/shoulder angle trajectories corresponding to the limit cycles are parameterized by leg angles using 4 th-order polynomials. In order to track the calculated periodic motions, the polynomials are imposed on the robot as virtual motion constraints by a high-level state machine controller. A bounding speed feedback strategy is introduced to stabilize the robot running speed and enhance the stability. The control approach was applied to a newly designed lightweight bioinspired quadruped robot, AgiDog. The experimental results demonstrate that the robot can bound at a frequency up to 5 Hz and bound at a maximum speed of 1.2 m·s^-1 in sagittal plane with a Froude number approximating to 1. 展开更多
关键词 bioinspired quadruped bounding gait virtual constraints passive dynamics
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Control of a Cheetah Robot in Passive Bounding Gait 被引量:3
6
作者 Hua Nie Ronglei Sun +2 位作者 Liya Hu Zhendong Su Wenqiang Hu 《Journal of Bionic Engineering》 SCIE EI CSCD 2016年第2期283-291,共9页
Passive dynamics is always one of research emphases of the legged robots. Studies have proved that cheetah robot could achieve stably passive bounding motion under proper initial conditions in the ideal case. However,... Passive dynamics is always one of research emphases of the legged robots. Studies have proved that cheetah robot could achieve stably passive bounding motion under proper initial conditions in the ideal case. However, the actual robot must have energy dissipation because of friction and collision compared with the theoretical model. This paper aims to propose a control method that can drive the cheetah robot running in passive bounding gait. First, a sagittal-plane model with a rigid torso and two compliant legs is introduced to capture the dynamics of robot bounding. Numerical return map studies of the bounding model reveal that there exists a large variety of passively cyclic bounding motions (fixed points). Based on the distribution law of fixed points, an open-loop control method including touchdown angle control strategy and leg length control strategy is put forward. At last, prototype of the cheetah robot is designed and manufactured, and locomotion experiment are carried out. The experiment results show that the cheetah robot can achieve a stable bounding motion at different speeds with the proposed control method. 展开更多
关键词 cheetah robot passive dynamics CONTROL bounding gait
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绳驱式双关节脊柱四足机器人的结构设计及其奔跃控制方法的研究
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作者 马甲辰 田春旭 +1 位作者 李禄权 张丹 《复旦学报(自然科学版)》 CAS 2024年第6期711-723,共13页
脊柱关节在四足动物高速运动中发挥着重要作用,为分析脊柱运动对四足机器人运动的影响,本文从机器人仿生学结构设计、奔跃控制方法和脊柱影响规律3个层面进行研究。首先,基于绳驱原理设计了双关节脊柱和三段式柔性腿部,整机结构配置紧... 脊柱关节在四足动物高速运动中发挥着重要作用,为分析脊柱运动对四足机器人运动的影响,本文从机器人仿生学结构设计、奔跃控制方法和脊柱影响规律3个层面进行研究。首先,基于绳驱原理设计了双关节脊柱和三段式柔性腿部,整机结构配置紧凑且符合猎豹生理学特征。然后,依据生物步态构建基于时间的有限状态机,建立机器人奔跃步态下的单刚体动力学模型,并分别针对脊柱和腿部提出相应控制方法,其中对于腿部的控制融合了周期冲量规划和模型预测控制(MPC)。在结构设计和控制方法的基础上,分析脊柱运动对奔跃运动的影响,并创新性地提出针对冲量的脊柱贡献度公式。最后,通过仿真运算对奔跃控制的有效性和脊柱的积极贡献进行验证,对比结果表明:脊柱运动的参与能够利用较小前后水平力实现相近冲量值,且机器人速度跟踪性能和姿态控制稳定性均有所改善。 展开更多
关键词 四足机器人 双关节脊柱 绳驱 奔跃步态 模型预测控制
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Untethered quadrupedal hopping and bounding on a trampoline
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作者 Boxing WANG Chunlin ZHOU +3 位作者 Ziheng DUAN Qichao ZHU Jun WU Rong XIONG 《Frontiers of Mechanical Engineering》 SCIE CSCD 2020年第2期181-192,共12页
For quadruped robots with springy legs,a successful jump usually requires both suitable elastic parts and well-designed control algorithms.However,these two problems are mutually restricted and hard to solve at the sa... For quadruped robots with springy legs,a successful jump usually requires both suitable elastic parts and well-designed control algorithms.However,these two problems are mutually restricted and hard to solve at the same time.In this study,we attempt to solve the problem of controller design with the help of a robot without any elastic mounted parts,in which the untethered robot is made to jump on a trampoline.The differences between jumping on hard surfaces with springy legs and jumping on springy surfaces with rigid legs are briefly discussed.An intuitive control law is proposed to balance foot contact forces;in this manner,excessive pitch oscillation during hopping or bounding can be avoided.Hopping height is controlled by tuning the time delay of the leg stretch.Together with other motion generators based on kinematic law,the robot can perform translational and rotational movements while hopping or bounding on the trampoline.Experiments are conducted to validate the effectiveness of the proposed control framework. 展开更多
关键词 hopping and bounding gait compliant mechanism compliant contact balance control strategy legged locomotion control quadruped robot
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四足机器人跳跃步态控制方法 被引量:10
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作者 孟健 李贻斌 李彬 《山东大学学报(工学版)》 CAS 北大核心 2015年第3期28-34,共7页
针对四足机器人的奔跑控制问题,提出一种基于跳跃(Bound)步态的奔跑控制方法,通过腿部的快速小幅度摆动实现四足机器人的Bound步态。使用有限状态机将机器人的一个运动周期分为6个阶段,其中前腿与后腿各3个阶段,触地缓冲阶段采用竖直弹... 针对四足机器人的奔跑控制问题,提出一种基于跳跃(Bound)步态的奔跑控制方法,通过腿部的快速小幅度摆动实现四足机器人的Bound步态。使用有限状态机将机器人的一个运动周期分为6个阶段,其中前腿与后腿各3个阶段,触地缓冲阶段采用竖直弹簧阻尼模型,蹬地阶段使用虚拟模型调整腿部对地推力方向,摆动相使用贝赛尔曲线规划足端轨迹。通过在动力学仿真软件中构建与液压驱动四足机器人SCalf-II同尺寸、同质量的虚拟样机对所提出的方法进行仿真验证与测试,结果表明机器人在5个周期后形成了有较强周期性的Bound步态,前进方向速度波动较小,各关节运动范围、速度、力矩均在SCalf-II设计指标之内,从而验证了该方法的正确性和有效性。 展开更多
关键词 四足机器人 跳跃步态 控制方法 弹簧负载倒立摆模型 弹簧阻尼模型 贝赛尔曲线
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